JPS63303066A - Titanium nitride sputtering target - Google Patents
Titanium nitride sputtering targetInfo
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- JPS63303066A JPS63303066A JP63112675A JP11267588A JPS63303066A JP S63303066 A JPS63303066 A JP S63303066A JP 63112675 A JP63112675 A JP 63112675A JP 11267588 A JP11267588 A JP 11267588A JP S63303066 A JPS63303066 A JP S63303066A
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- C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
本発明は、窒化チタン(TiN)スパッタターゲットに
関し、特に高温平衡プレスにより形成されたTiNスパ
ッタターゲットに関する。
さらに本発明は、TiNフィルムを形成するための方法
及びTiNターゲットのスパッタリングによって形成さ
れたTiNフィルムに関する。
単一の集積回路チップ上の多数の成分の集積は、信号遅
延を最小にしかつ同時にバッキング密度を最適化するた
めに精巧な内部接続を必要とする。アルミニウムが、バ
イポーラ及び金属酸化物半導体(MOS)集積回路の両
方での接触及び相互接続のために広く使用されてきた。
しかしながら、デバイスの焼結、不動態化又はパッケー
ジング中のアルミニウム及びシリコンの低温相互拡散は
、利得の減衰及び増大した接合漏れ又は浅い接合デバイ
スの短絡さえをももたらしうる。デバイスの信頼度が、
デバイスの処理又はD−i沖の接触構造でのマストラン
スボートを減少させるAIとSiとの間にバリア層を介
在させることによって改良されうる。
TiNフィルムが、超大規模集積(VLSI)金属処理
スキーム及びソーラセルトップ接触で拡散バリアとして
提示されてきた。TiN拡散バリア層は、アルミニウム
のような接触金属とシリコンのような基板材料との間の
望ましくない反応を回避し、このため、これが他の方法
で禁止される場合にアルミニウムの使用を可能にする。
反応性スパッタリングが、TiNフィルムを形成するた
めに周知の方法である。当業者に周知のように、スパッ
タリングは、ターゲットから基板への物質のトランスポ
ートを含む。ターゲット物質の排出が、高電圧によって
加速されたガスイオンでターゲットの表面を衝撃するこ
とによって行なわれる。原子寸法の粒子が、入射イオン
とターゲット材料のイオンとの間の運動量移送の結果と
してターゲットから排出される。これ−芝の粒子は、真
空チェンバを横断し、薄いフィルム形態で基板上に実質
的に蒸着される。マイクロエレクトロニクスの応用のた
めN!を反応性スパッタリングすることによって層構造
の一部としてTiNフィルムを形成するため、AIケタ
−ットは、スパッタリングチェンバ内にTiターゲット
とともに存在することができない。2つのターゲットが
同一のチェンバ内に設置されるならば、AINが形成し
うる。
従って、反応性スパッタリングで、TiN7(ルムが代
表的にTiターゲットを有する第1スパツタリングチエ
ンバ内でTiSi*のような層上に形成され、一方、A
1層がA1ターゲットを有する第2スパツタリングチエ
ンバ内でTiNフィルム上に形成される。このように、
反応性スパッタリングは、実行するのが困難である。
ウィツトマーの文献(Barrier Layers
:Pr1nciples sat Applicali
oms in Micro−eleclru+ics、
” J、 Vsc、 Sci、 Tscb++o1.
A、(2)。
273(+914))によれば、化学量論的TiN薄フ
ィルムについての代表的感度が、約20〜70ミクロン
−オーム−cmの間の反応性スパッタリング範囲によっ
て形成された。これらの低抵抗率レベルが所望されるが
、それらは工業規模で達成するのが困難である。
急速熱窒化処理(RTN)が、TiNフィルムを形成す
るための他の方法である。その方法は、TiNフィルム
が適所で形成されるため有利である。代表的に、Tiが
基板上にスパッタリングされる。Tiフィルムは次に約
1,000℃まで加熱され、N、が導入されてTiNフ
ィルムが形成する。急速熱窒化処理の欠点は、TiNフ
ィルムの厚さが制御困難であり、TiNフィルムが不均
一となり、NH,のような有害なガスが存在することで
ある。
ターゲットがホットプレス法によって形成される場合の
TiNターゲットのスパッタリングは、TiNフィルム
を形成するための周知の他の方法である。TiNターゲ
ットは、生じるべきTiNパウダーの焼結に十分に高い
温度でTiNパウ、グーに同時に熱及び圧力を加えるこ
とによって形成される。この方法によって形成されるT
iNターゲットは、100%の純粋TiNの理論的密度
の約1s%の密度を有する。ホットプレスで形成される
TiNターゲットのスパッタリングによって形成される
TiNフィルムについての抵抗率は、約100ミクロン
−オーム−cmである傾向がある。
スパッタリングターゲット及び方法は、そこにTiNフ
ィルムを有する層構造が一つのスパッタチェンバ内で形
成され、結果のTiNフィルムが約70ミクロン−オー
ム−cm以下の抵抗率を有する場合に所望される。The present invention relates to titanium nitride (TiN) sputter targets, and more particularly to TiN sputter targets formed by high temperature isostatic pressing. The invention further relates to a method for forming a TiN film and a TiN film formed by sputtering a TiN target. The integration of multiple components on a single integrated circuit chip requires sophisticated interconnections to minimize signal delay and simultaneously optimize backing density. Aluminum has been widely used for contacts and interconnects in both bipolar and metal oxide semiconductor (MOS) integrated circuits. However, low-temperature interdiffusion of aluminum and silicon during device sintering, passivation, or packaging can result in gain attenuation and increased junction leakage or even shorting of shallow junction devices. The reliability of the device is
Improvements can be made by interposing a barrier layer between the AI and Si to reduce mass transfer in device processing or contact structures off the D-i. TiN films have been proposed as diffusion barriers in very large scale integration (VLSI) metal processing schemes and solar cell top contacts. The TiN diffusion barrier layer avoids undesirable reactions between contact metals such as aluminum and substrate materials such as silicon, thus allowing the use of aluminum where this would otherwise be prohibited. . Reactive sputtering is a well known method for forming TiN films. As is well known to those skilled in the art, sputtering involves the transport of material from a target to a substrate. Ejection of target material is accomplished by bombarding the surface of the target with gas ions accelerated by a high voltage. Atomic-sized particles are ejected from the target as a result of momentum transfer between the incident ions and ions of the target material. The turf particles traverse the vacuum chamber and are substantially deposited onto the substrate in the form of a thin film. N! for microelectronics applications! Since the TiN film is formed as part of the layer structure by reactive sputtering, the AI digit cannot be present with the Ti target in the sputtering chamber. If two targets are placed in the same chamber, an AIN can be formed. Therefore, with reactive sputtering, a TiN7 (lumen) is typically formed on a layer such as TiSi* in a first sputtering chamber with a Ti target, while A
One layer is formed on the TiN film in a second sputtering chamber with an A1 target. in this way,
Reactive sputtering is difficult to perform. Wittmer's literature (Barrier Layers)
:Pr1nciples sat Applicari
oms in Micro-eleclru+ics,
” J, Vsc, Sci, Tscb++o1.
A. (2). 273 (+914)), typical sensitivities for stoichiometric TiN thin films were produced by a reactive sputtering range between about 20 and 70 micron-ohm-cm. Although these low resistivity levels are desired, they are difficult to achieve on an industrial scale. Rapid thermal nitridation (RTN) is another method for forming TiN films. The method is advantageous because the TiN film is formed in place. Typically, Ti is sputtered onto the substrate. The Ti film is then heated to about 1,000° C. and N is introduced to form a TiN film. The disadvantages of rapid thermal nitriding are that the thickness of the TiN film is difficult to control, the TiN film is non-uniform, and harmful gases such as NH, are present. Sputtering of TiN targets, where the targets are formed by hot pressing, is another well known method for forming TiN films. The TiN target is formed by simultaneously applying heat and pressure to the TiN goo at a temperature high enough to sinter the TiN powder to be produced. T formed by this method
The iN target has a density of about 1 s% of the theoretical density of 100% pure TiN. Resistivity for TiN films formed by sputtering of hot press formed TiN targets tends to be about 100 micron-ohm-cm. Sputtering targets and methods are desired where a layered structure having a TiN film is formed in one sputter chamber and the resulting TiN film has a resistivity of about 70 micron-ohm-cm or less.
30〜70ミクロン−オーム−cmのオーダーで抵抗率
を有するTiNフィルムが高密度TiNターゲットを用
いてスパッタリング蒸着することによって容易に得られ
ることがわかっている。これらのターゲットは、TiN
の理論密度の少なくとも約90%である密度によって特
徴づけられる。代表的・にこれらのターゲットは、少な
くとも99.99%の公称純度を有する。ターゲットは
、代表的に高温平衡プレス処理によって得られる。
本発明に従って生成するTiN74ルムの低い抵抗率は
、少なくとも一部がスパッタリングターゲットの酸素濃
度の関数であると考えられる。スパッタターゲットは約
1,000〜to、+loOppm(重量)、好適には
5,000〜?、000pp量の酸素を含むことが望ま
しいと考えられる。さらに、酸素がスパッタターゲット
中に存在するフオームもまた重要であると考えられる。
酸素が、TiNフィルムで重要な役割を演じることが知
られている。ニコレットの文献(”Dirlusioa
Bsrriers is Th1n Films、’
Th1n 5olid Films 52.415 (
+973))によれば、イくツかの混和しないフィルム
は、グレイン境界に沿った急速な拡散及び他の構造的欠
陥が生じるため、バリア層として機能しない。補修が、
適切な原子又は分子で拡散経路をふさぐ、すなわち、バ
リアを「スタッフィング(sla目1B)Jすることで
ある。これらの経路が適切な不純物によってふさがれる
とき、スタッフィングされたバリアは熱処理に都合よく
抵抗しうる。
例えば、酸素のような不純物がTiN拡散バリア層をス
タッフィングするとき、酸素は、TiN拡散バリア層の
グレイン境界に沿ってたぶん吸収され、AIが層内に拡
散するのを防げる。TiN拡散バリア層中の酸素濃度は
、AI蒸着の前にTiN拡散バリア層を大気にさらすこ
とによって増大されうる。さらに、A I、0 、は、
AI拡散に対して非常に効果的であることが知られる焼
きなましで形成されるであろう。
他の作業が観察を裏づけるために必要とされるが、本発
明に従って生成されるTiNフィルムはチタン・オキシ
ニトライドの薄いコーティングを含むようである。しか
し、ニトライドの内部に含まれる酸素は、酸化チタンと
してグレイン境界に沿って分布すると考えられる。グレ
イン境界で、酸化物は、拡散経路を効果的に閉じ、そう
する場合、抵抗率を厳格に落とすことなくフィルムのバ
リア特性に寄与する。
本発明の目的が、100%純粋TiNの理論的密度の少
なくとも90%の密度を有するTiNを保持する台から
成るTiNフィルムを蒸着するためのスパッタターゲッ
トにある。
本発明の他の目的が、以下の工程から成るTiNフィル
ムを蒸着するための方法にある。
100%純粋TiNの理論的密度の少なくとも90%の
密度を有するTiNを提供する工程、及び基板上にTi
Nフィルムを蒸着するべく設計される条件下で前記ター
ゲットをスパッタリングする工程。
本発明の他の目的が、前述の工程によって生成されるT
iNフィルム、特にバリア層としてTiNフィルムを有
する集積回路にある。
本発明の他の目的及び利点が、以下の説明及び特許請求
の範囲から明らかになるであろう。It has been found that TiN films with resistivities on the order of 30-70 micron-ohm-cm are easily obtained by sputter deposition using high density TiN targets. These targets are TiN
characterized by a density that is at least about 90% of the theoretical density of . Typically these targets have a nominal purity of at least 99.99%. Targets are typically obtained by high temperature isostatic pressing. It is believed that the low resistivity of the TiN74 lumes produced in accordance with the present invention is at least in part a function of the oxygen concentration of the sputtering target. The sputter target is about 1,000~to, +loOppm (weight), preferably 5,000~? , 000 pp of oxygen is considered desirable. Additionally, the form in which oxygen is present in the sputter target is also believed to be important. Oxygen is known to play an important role in TiN films. Nicolette's literature ("Dirlusioa")
Bsrriers is Th1n Films,'
Th1n 5olid Films 52.415 (
According to the US Pat. No. 6,990,733), some immiscible films do not function as barrier layers because of rapid diffusion along grain boundaries and other structural defects. The repair is
Blocking the diffusion paths with suitable atoms or molecules, i.e., "stuffing" the barrier. When these paths are blocked by suitable impurities, the stuffed barrier conveniently resists heat treatment. For example, when an impurity such as oxygen stuffs a TiN diffusion barrier layer, the oxygen will likely be absorbed along the grain boundaries of the TiN diffusion barrier layer and prevent AI from diffusing into the layer.TiN diffusion The oxygen concentration in the barrier layer can be increased by exposing the TiN diffusion barrier layer to the atmosphere before AI deposition. Furthermore, A I,0 is
It will be formed by annealing, which is known to be very effective against AI diffusion. Although other work is required to corroborate the observations, it appears that the TiN films produced according to the present invention contain a thin coating of titanium oxynitride. However, the oxygen contained inside the nitride is thought to be distributed along the grain boundaries as titanium oxide. At the grain boundaries, the oxide effectively closes the diffusion path and in doing so contributes to the barrier properties of the film without severely compromising the resistivity. The object of the invention is a sputter target for depositing a TiN film consisting of a platform carrying TiN with a density of at least 90% of the theoretical density of 100% pure TiN. Another object of the invention is a method for depositing a TiN film comprising the following steps. providing TiN with a density of at least 90% of the theoretical density of 100% pure TiN;
Sputtering the target under conditions designed to deposit a N film. Another object of the present invention is to provide T
iN films, especially integrated circuits with TiN films as barrier layers. Other objects and advantages of the invention will become apparent from the following description and claims.
本発明のTiNスパッタリングターゲットは、少なくと
も理論値の90%の密度、代表的に理論値の約91・〜
!5%の密度によって特徴づけられる。
他の方法が本発明のスパッタターゲットで形成するため
に用いられるが、それは好適には高温平衡処理として周
知の方法によって形成される。代表的方法で、1ミクロ
ンのTiNパウダーが、鋼鉄の高温平衡プレスカン内に
配置される。そのパウダーは振動されてコンパクトにさ
れ、カンは密封される。そのカンは、約10〜+00
ミクロンの圧力まで排気され、高温平衡プレスに配置さ
れる。
2組のプレス条件が、評価されてきており、本質的に均
等であることがわかっている。1組で、プレスは、ター
ゲットを生成するため4時間2G、000psiで1,
3SO’Oで動作される。他の組で、プレスは、2時間
1s、000psi、 1,350℃で動作される。
プレス後、カンはプレスから除去され、鋼鉄カンは機械
によってTiNターゲットから除去される。TiNケー
キは約5cs+の直径を有するディスク形状に切断され
、それはスパッタリングの準備として支持体に配置され
、或いは支持体に結合されうる。
2つの方法は、理論的ターゲットの92〜95%の密度
を有する金色スパッタリングターゲットを生じる。X線
回折が、ターゲット物質が模擬の化学量論的TiNパタ
ーンと正確に整合することを示す。本発明に従うスパッ
タターゲット内の不純物のための代表的元素分析が、表
1で示される。
表1
元素Si At Co Co Cr Cu FcM(M
。
PPM ND ND II 5 61352 ND
I3スパッタリングが、TiNターゲットから基板への
トランスポート物質を含む。TiNターゲット物質の排
出は、高電圧によって加速されるガスイオンをTiNタ
ーゲットの表面に衝撃させることによって行なわれる。
代表的に、超高純度アルゴンが用いられる。分子サイズ
粒子が、TiNターデッド物質の原子と入射イオンとの
間の運動量移送の結果としてTiNターゲットから排出
される。これらの粒子は、真空チェンバを横断し、薄い
フィルムとして基板上に連続的に蒸着される。代表的に
、TiNターゲットは、水冷される。
マグネトロンスパッタリング装置が、本発明で特に役に
立つ。有効なスパッタリング装置は、市販されている。
代表的に、TiN蒸着速度は大きく、約)S−40オン
グストロ一ム/秒の範囲にある。TiNは、所望の厚さ
まで基板上に蒸着されうる。伝導率は固有の特性、すな
わち、寸法に関係なく存在する特性であるため、フィル
ムの厚さは、特定の応用に合致することが所望されると
き変化されうる。代表的に、TiNフィルムの厚さは、
約100〜300amの範囲にある。
表2は、有効なスパッタリング条件及び結果のTiNフ
ィルムの特性を含むものである。蒸着速度は約38オン
グストローム/秒であり、TiNフィルムの厚さは約R
oamであった。基板の温度は°0単位であり、バイア
スは直流電圧である。
寥
瓢−ゞc″w傾Cト
表2の東洋%の化学量論は、ラザフォード・ ゛バ
ックスキャツタリング・スペクトロメトリ(RBS)に
よって決定された。当業者に周知 (のように、RI
3Sは、薄いフィルム装置を構成する元素の詳細なプロ
フィールをもたらす非破壊分析法である。示すとおり、
Ti、N及び01は、フィルムの主要成分として存在し
た。アルゴンガスは、RBS法の感度内でフィルムで全
く検出されなかった。フィルム内のTi対Nw。
子比は、RBSの結果に従って0.9〜1.lHで変化
した。化学量論は表2で示すスパッタリング 1条件
に強く依存していることは、明らかである。 4表2
で示す抵抗率は、38〜65ミクロン−オーム−センチ
メートルの範囲にある。容認できる抵抗率は、約30〜
70ミクロン−オーム−センチメートルの範囲にある。
表2で示すように、基板の加熱は、3m−51ミクロン
−オーム−センチメートルの抵抗率を有するフィルムを
もたらした。バイアスは、明らかにフィルムの抵抗率に
影響を与えない。フィルム試料は、金色であつ′こ・
以下の表3の深さ外形組成は、化学分析のたうの電子ス
ペクトロスコピー(E S CA)によって測定された
。当業者に周知のように、ESCAは、試料がモノクロ
マドX線ビームの旦射され、結果の7オトエレクトロン
のエネルr−が測定される電子スペクトロスコピーの7
1−ムである。スパッタリング速度は20オングストロ
一ム1分であり、結果の確度は±10%でbる。結合エ
ネルギーは、Ti及びNが化合物杉態で存在することを
示した。ESCA外形分斤は、フィルム表面がチタン・
オキシニトライドから成り、フィルム内部がTiNから
成ることを示す。
表3
試料A
9 51.0g 44.12 C121,sI O
,27415!、0144.!S IJ! 11.
77 0.009! 53.2! 43.75 1.
9! 1.07 0.0G試料B
! 52.9943.61 174 0.67 0.
0011 S2.H43,7619+ LH0,0
09954,4543,06+、55 0.54 0.
00X線回折が、フィルム構造を決定するために使用さ
れた。TiNは、塩化ナトリウム(N*C1k)に匹敵
する面中心立法構造(F CC)を有する。
TiOは、TiNと同形である。X線回折はTiNター
ゲット物質が疑似化学量論的TiNパターンと正確に整
合することを示したが、蒸着TiN74ルムは(11l
)及び(20G)反射の結晶学的平面間隔でシフトを示
す。
表4は、(+)本発明−高温平衡プレスによって形成さ
れるTiNターゲットのスパッタリング、(2)Tiタ
ーゲットの反応性スパッタリング、及び(DNtのT
i/ S i (100)の急速熱窒化処理(RTN)
によって形成されるTiNフィルムの特性の比較を示す
。
表4
[’0−60分]
も
表4で示すように、本発明によって形成されたTiNフ
ィルムは、最低の抵抗率、すなわち+0ミクロン−オー
ム−C履及び最高の蒸着速度、すなわち40オングスト
ロ一ム/秒を生じた。
各TiN74ルムが、熱安定性を決定するなめA I/
T iN/ T is ia/ S i (100)
構造で拡散バリア七−シて形成された。拡散バリア温度
は、層構造が60分間熱安定状態であった最高の温度で
ある。AI/TiN/Ti5iz/Si (100)層
構造を用いて、AIは、TiNと反応してAIN及びA
1.T iを形成する。結果的に、A1及びSiの内
部拡散は、グレイン減衰及び増大した接合漏れ又は浅い
接合デバイスの短絡さえもたらしうる。本発明によって
形成されたTiNフィルムは、60分で最高の拡散バリ
ア温度、すなわち560℃を生じた。
、前述の説明に基づいて、本発明のTiNフィルムは、
A I、/ T iN/ S i及びAI/TiN/T
iSi、/Siのような層構造で拡散バリア層として集
積回路で特に役に立つ。TiNフィルムはまた、局部的
内部接続、金属とシリサイドとの間の接触、Ti−Pt
反応のブロッキング、高安定ソーラセル、及びCVDタ
ングステンのためのスティッキング層として使用するた
めに研究されている。TiNフィルムはまた、反応性イ
オンエツチングのためのエツチング停止層として使用す
ることもできる。
本発明について好適実施例を参照して詳細に説明してき
たが、特許請求の範囲で画成される本発明の範囲を逸脱
することなく変形及び変更が可能であることは明らかで
あろう。
特許出願人 パリアン・アソシエイツ・インコーホレ
イテッドThe TiN sputtering target of the present invention has a density of at least 90% of theoretical, typically about 91.
! Characterized by a density of 5%. Although other methods may be used to form the sputter target of the present invention, it is preferably formed by a process known as high temperature equilibration. In a typical method, 1 micron of TiN powder is placed in a steel hot equilibrium press can. The powder is vibrated and compacted, and the can is sealed. The weight is about 10~+00
It is evacuated to micron pressure and placed in a hot isostatic press. Two sets of press conditions have been evaluated and found to be essentially equivalent. In one set, press 1,000 psi at 2 G, 000 psi for 4 hours to generate the target.
Operated with 3SO'O. In another set, the press is operated for 2 hours at 1 s, 000 psi, 1,350°C. After pressing, the cans are removed from the press and the steel cans are removed from the TiN target by a machine. The TiN cake can be cut into disk shapes with a diameter of about 5 cs+, which can be placed on or bonded to a support in preparation for sputtering. The two methods yield gold sputtering targets with a density of 92-95% of the theoretical target. X-ray diffraction shows that the target material matches exactly the simulated stoichiometric TiN pattern. A representative elemental analysis for impurities in a sputter target according to the present invention is shown in Table 1. Table 1 Elements Si At Co Co Cr Cu FcM (M
. PPM ND ND II 5 61352 ND
I3 sputtering involves transporting material from the TiN target to the substrate. Ejection of the TiN target material is performed by bombarding the surface of the TiN target with gas ions accelerated by a high voltage. Typically, ultra-high purity argon is used. Molecular-sized particles are ejected from the TiN target as a result of momentum transfer between the atoms of the TiN tarded material and the incident ions. These particles are sequentially deposited across a vacuum chamber and onto a substrate as a thin film. Typically, TiN targets are water cooled. Magnetron sputtering equipment is particularly useful in the present invention. Effective sputtering equipment is commercially available. Typically, the TiN deposition rate is high, in the range of approximately 40 Angstroms/sec. TiN can be deposited onto the substrate to a desired thickness. Because conductivity is an inherent property, ie, a property that exists regardless of size, the thickness of the film can be varied as desired to meet a particular application. Typically, the thickness of the TiN film is
It is in the range of about 100-300 am. Table 2 includes effective sputtering conditions and properties of the resulting TiN films. The deposition rate is about 38 angstroms/second, and the thickness of the TiN film is about R
It was oam. The temperature of the substrate is in degrees zero, and the bias is a DC voltage. The stoichiometry of Table 2 was determined by Rutherford backscattering spectrometry (RBS), as is well known to those skilled in the art (as in RI
3S is a non-destructive analytical method that provides a detailed profile of the elements that make up thin film devices. As shown,
Ti, N and 01 were present as the main components of the film. No argon gas was detected on the film within the sensitivity of the RBS method. Ti vs. Nw in the film. The child ratio is 0.9-1. according to the RBS results. It changed with lH. It is clear that the stoichiometry is strongly dependent on the sputtering conditions shown in Table 2. 4 table 2
The resistivity, expressed as , is in the range of 38 to 65 micron-ohm-cm. Acceptable resistivity is approximately 30~
In the range of 70 micron-ohm-cm. As shown in Table 2, heating the substrate resulted in a film with a resistivity of 3m-51 micron-ohm-cm. Biasing apparently does not affect the resistivity of the film. The film samples were golden in color and the depth profile compositions in Table 3 below were determined by electron spectroscopy (ESCA) for chemical analysis. As is well known to those skilled in the art, ESCA is a method of electron spectroscopy in which a sample is irradiated with a monochromatic X-ray beam and the resulting energy r of 7 otoelectrons is measured.
1-m. The sputtering rate was 20 angstroms per minute, and the accuracy of the results was ±10%. The binding energies showed that Ti and N exist in the compound cedar form. The film surface of the ESCA outer shape is made of titanium.
It is made of oxynitride, and the inside of the film is made of TiN. Table 3 Sample A 9 51.0g 44.12 C121, sIO
,27415! , 0144. ! SIJ! 11.
77 0.009! 53.2! 43.75 1.
9! 1.07 0.0G sample B! 52.9943.61 174 0.67 0.
0011 S2. H43,7619+ LH0,0
09954,4543,06+,55 0.54 0.
00X-ray diffraction was used to determine the film structure. TiN has a face-centered cubic structure (FCC) comparable to sodium chloride (N*C1k). TiO is isomorphic to TiN. X-ray diffraction showed that the TiN target material matched exactly with the pseudostoichiometric TiN pattern, whereas the evaporated TiN74 lumen (11l
) and (20G) showing a shift in the crystallographic plane spacing of the reflections. Table 4 shows (+) the present invention - sputtering of TiN targets formed by high temperature isostatic pressing, (2) reactive sputtering of Ti targets, and (T of DNt).
Rapid thermal nitriding (RTN) of i/S i (100)
A comparison of the properties of TiN films formed by the following methods is shown. Table 4 ['0-60 min] As also shown in Table 4, the TiN film formed according to the present invention has the lowest resistivity, i.e., +0 micron-ohm-C, and the highest deposition rate, i.e., 40 angstroms. It produced 100 m/s. Each TiN74 lume has a lick A I/
T iN/ T isia/ S i (100)
The structure is formed by a diffusion barrier. The diffusion barrier temperature is the highest temperature at which the layer structure was thermally stable for 60 minutes. Using the AI/TiN/Ti5iz/Si (100) layer structure, AI reacts with TiN to form AIN and A
1. Form T i. Consequently, internal diffusion of A1 and Si can lead to grain attenuation and increased junction leakage or even shorting of shallow junction devices. The TiN film formed according to the present invention produced the highest diffusion barrier temperature at 60 minutes, namely 560°C. , Based on the above description, the TiN film of the present invention is:
A I, / TiN/S i and AI/TiN/T
Layer structures such as iSi, /Si are particularly useful in integrated circuits as diffusion barrier layers. TiN films can also be used for local interconnections, contacts between metal and silicide, Ti-Pt
It is being investigated for use as a sticking layer for reaction blocking, high stability solar cells, and CVD tungsten. TiN films can also be used as etch stop layers for reactive ion etching. Although the invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, it will be obvious that modifications and changes can be made without departing from the scope of the invention as defined by the claims. Patent Applicant: Parian Associates, Inc.
Claims (1)
90%の密度を有する窒化チタンから成るターゲット面
を有する窒化チタンフィルムの蒸着のためのスパッタタ
ーゲット。2、前記窒化チタンは約1,000〜10,
000ppmの重量の酸素を含む請求項1記載のターゲ
ット。 3、前記窒化チタンは約5,000〜7,000ppm
の重量の酸素を含む請求項2記載のターゲット。 4、前記窒化チタンは100%の純粋窒化チタンの理論
密度の約92〜95%の密度を有する請求項1記載のタ
ーゲット。 5、前記ターゲットは窒化チタン粉を高温平衡圧にさら
すことによって調製される請求項1記載のターゲット。 6、前記窒化チタン粉は約1,350℃で高温平衡圧に
、約4時間で約20,000psi(1,406kgw
/cm^2)にさらされる請求項5記載のターゲット 7、前記窒化チタン粉は約1,350℃で高温平衡圧に
、約2時間で約15,000psi(1054.5kg
w/cm^2)にさらされる請求項5記載のターゲット
。 8、約30〜70ミクロン−オーム−センチメートルの
抵抗度を有する窒化チタンフィルムであって、前記窒化
チタンフィルムは100%純粋窒化チタンの理論密度の
少なくとも90%の密度を有する窒化チタンターゲット
をもたらすこと、及び前記窒化チタンターゲットをスパ
ッタリングして窒化チタンフィルムを蒸着させることに
よって調製されるフィルム。 9、前記フィルムは前記酸素が前記フィルムの表面で酸
窒化チタンの形態で、前記フィルムの内部で酸化チタン
として存在し、前記酸化チタンは粒子境界に沿って配置
されている請求項8記載のフィルム。 10、前記窒化チタンフィルムは集積回路の拡散バリア
層として使用される請求項8記載のフィルム。 11、前記窒化チタンフィルムはエッチング停止層とし
て使用される請求項8記載のフィルム。 12、窒化チタンフィルムを基板上に蒸着させるための
方法であって、 100%の純粋窒化チタンの理論密度の少なくとも90
%の密度を有する窒化チタンターゲットをもたらす段階
;並びに 窒化チタンフィルムを前記基板上に蒸着さ せるべく設計された条件下で前記ターゲットをスパッタ
リングする段階; から成る方法。 13、前記ターゲットをもたらす段階は窒化チタン粉を
高温平衡加圧にさらす段階を含む請求項に記載の方法。Claims: 1. A sputter target for the deposition of titanium nitride films having a target surface consisting of titanium nitride having a density of at least 90% of the theoretical density of 100% pure titanium nitride. 2. The titanium nitride has a molecular weight of about 1,000 to 10,
2. The target of claim 1, comprising 0.000 ppm by weight of oxygen. 3. The titanium nitride is about 5,000 to 7,000 ppm
3. The target of claim 2, comprising a weight of oxygen. 4. The target of claim 1, wherein said titanium nitride has a density of about 92-95% of the theoretical density of 100% pure titanium nitride. 5. The target of claim 1, wherein the target is prepared by subjecting titanium nitride powder to high temperature equilibrium pressure. 6. The titanium nitride powder is heated to a high temperature equilibrium pressure of about 1,350°C and heated to about 20,000 psi (1,406 kgw) for about 4 hours.
6. The target 7 of claim 5, wherein the titanium nitride powder is exposed to a high temperature equilibrium pressure of about 1,350° C. and about 15,000 psi (1054.5 kg) for about 2 hours.
6. The target according to claim 5, wherein the target is exposed to w/cm^2). 8. A titanium nitride film having a resistivity of about 30 to 70 micron-ohm-cm, the titanium nitride film yielding a titanium nitride target having a density of at least 90% of the theoretical density of 100% pure titanium nitride. and a film prepared by sputtering the titanium nitride target to deposit a titanium nitride film. 9. The film of claim 8, wherein the oxygen is present in the form of titanium oxynitride on the surface of the film and as titanium oxide inside the film, and the titanium oxide is arranged along grain boundaries. . 10. The film of claim 8, wherein the titanium nitride film is used as a diffusion barrier layer in an integrated circuit. 11. The film of claim 8, wherein the titanium nitride film is used as an etch stop layer. 12. A method for depositing a titanium nitride film on a substrate, the method comprising: at least 90% of the theoretical density of 100% pure titanium nitride;
%; and sputtering the target under conditions designed to deposit a titanium nitride film onto the substrate. 13. The method of claim 1, wherein providing the target includes subjecting titanium nitride powder to high temperature isostatic pressing.
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